好氧生物處理原理與工藝

1、第二章好氧生物處理（原理與工藝）2. 1基本概念3. 1。1好氧生物處理的基本生物過(guò)程所謂“好氧”：是指這類生物必須在有分子態(tài)氧氣（O2）的存在下，才能進(jìn)行正常的生理生化反應(yīng)，主要包括大部分微生物、動(dòng)物以及我們?nèi)祟?；所謂“厭氧”：是能在無(wú)分子態(tài)氧存在的條件下，能進(jìn)行正常的生理生化反應(yīng)的生物，如厭氧細(xì)菌、酵母菌等。好氧生物處理過(guò)程的生化反應(yīng)方程式：分解反應(yīng)（又稱氧化反應(yīng)、異化代謝、分解代謝）（占1/3）CHONS+02CO2+H2O+NH3+SO42-+能量（有機(jī)物的組成元素）合成反應(yīng)（也稱合成代謝、同化作用）（占2/3）C、H、O、N、+能量異氧微生物C5H7NO2內(nèi)源呼吸（也稱細(xì)胞物質(zhì)的自身

2、氧化）（endogenousrespiration）C5H7NO2+O2微生物CO2+H2O+NH3+能量在正常情況下，各類微生物細(xì)胞物質(zhì)的成分是相對(duì)穩(wěn)定的，一般可用下列實(shí)驗(yàn)式來(lái)表示：細(xì)菌：C5H7NO2；真菌：C16H17NO6；藻類：C5H8NO2；原生動(dòng)物：C7H14NO3分解與合成的相互關(guān)系：1） 二者不可分，而是相互依賴的；a.分解過(guò)程為合成提供能量和前物，而合成則給分解提供物質(zhì)基礎(chǔ)；b.分解過(guò)程是一個(gè)產(chǎn)能過(guò)程，合成過(guò)程則是一個(gè)耗能過(guò)程。2）對(duì)有機(jī)物的去除，二者都有重要貢獻(xiàn)；3）合成量的大小，對(duì)于后續(xù)污泥的處理有直接影響（污泥的處理費(fèi)用一般占整個(gè)污水處理廠的4050%。不同形式的有機(jī)

3、物被生物降解的歷程也不同：一方面：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小分子、可溶性物質(zhì)，直接進(jìn)入細(xì)胞壁；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大分子、膠體狀或顆粒狀的物質(zhì)，則首先被微生物吸附，隨后在胞外酶的作用下被水解液化成小分子有機(jī)物，再進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。另一方面：有機(jī)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，其降解過(guò)程也會(huì)不同：2） 1。2影響好氧生物處理的主要因素1）溶解氧（DO）:約12mg/l2）水溫：是重要因素之一，a. 在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，生化反應(yīng)的速率加快，增殖速率也加快；b. 細(xì)胞的組成物如蛋白質(zhì)、核酸等對(duì)溫度很敏感，溫度突升或降并超過(guò)一定限度時(shí)，會(huì)有不可逆的破壞；最適宜溫度1530C;40C或10C后，會(huì)有不利影響。3）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：細(xì)胞組成中，C

4、、H、O、N約占9097%其余310%為無(wú)機(jī)元素，主要的是P。生活污水一般不需再投加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；而某些工業(yè)廢水則需要，一般對(duì)于好氧生物處理工藝，應(yīng)按BODNP=10051投加N和P。其它無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素：K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素：Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等；4）pH值：一般好氧微生物的最適宜pH在6.58.5之間；pH4.5時(shí)，真菌將占優(yōu)勢(shì)，引起污泥膨脹；另一方面，微生物的活動(dòng)也會(huì)影響混合液的pH值。5）有毒物質(zhì)（抑制物質(zhì)）主要有：重金屬蛋白質(zhì)的沉淀劑（變性；與-SH結(jié)合而失活）氧化物H2s鹵族元素及其化合物酚、醇、醛使蛋白質(zhì)變性或脫水染料等；活性污泥系統(tǒng)中有毒物質(zhì)的最高允許濃度

5、：有毒物質(zhì)允許濃度有毒物質(zhì)允許濃度銅化合物（以Cu計(jì)）0.51.0苯10鋅化合物（以Zn計(jì)）513氯苯10鎮(zhèn)化合物（以Ni計(jì)）2對(duì)苯二酚15鉛化合物（以Pb計(jì)）1.0間苯二酚450錦化合物（以Sb計(jì)）0.2鄰苯二酚100鎘化合物（以Cd計(jì)）15間苯三酚100銳化合物（以V計(jì)）5鄰苯三酚100銀化合物（以Ag計(jì)）0.25苯胺100銘化合物（以Cr計(jì)）25二硝基甲苯12（以Cr3+計(jì)）2.7甲醛160（以Cr6+計(jì)）0.5乙醛1000硫化物（以S2-Tf）525二甲苯7（以H2s計(jì)）20甲苯7氫氟酸氧化鉀18氯苯10硫氧化物36叱此400碑化合物（以As3+計(jì)）0.72.0烷基苯磺酸鹽15汞化合物

6、（以Hg計(jì)）0.5甘油56）有機(jī)負(fù)荷率：污水中的有機(jī)物本來(lái)是微生物的食物，但太多時(shí)，也會(huì)不利于微生物。7）氧化還原電位：好氧細(xì)菌：+300400mV,至少要求大于+100mV。厭氧細(xì)菌：要求小于+100mV,對(duì)于嚴(yán)格厭氧細(xì)菌，則-100mV,甚至-300mV。c. 1。3廢水可生化性和可生化程度的判別生物降解性能是指在微生物的作用下，使某一物質(zhì)改變?cè)瓉?lái)的化學(xué)和物理性質(zhì)，在結(jié)構(gòu)上引起的變化程度?？煞譃槿悾?）初級(jí)生物降解一一指有機(jī)物原來(lái)的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生了部分變化，改變了分子的完整性；2）環(huán)境可接受的生物降解一一指有機(jī)物失去了對(duì)環(huán)境有害的特性；3）完全降解一一在好氧條件下，有機(jī)物被完全無(wú)機(jī)化；在厭

7、氧條件下，有機(jī)物被完全轉(zhuǎn)化為CH4、CO2等。有機(jī)物生物降解性能的分類：1） 易生物降解一一易于被微生物作為碳源和能源物質(zhì)而被利用；如單糖等；2） 可生物降解一一能夠逐步被微生物所利用；如淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)、核酸等；3） 生物降解一一降解速率很慢或根本不降解。如燒類、硝基化合物、有機(jī)農(nóng)藥及有機(jī)燃料等；注意：1）“難、易”是相對(duì)的；2）同一種化合物在不同種屬微生物的作用下，其降解情況也會(huì)有不同。鑒定和評(píng)價(jià)廢水中有機(jī)污染物的好氧生物降解性的方法：分類方法方法要點(diǎn)方法評(píng)價(jià)根據(jù)氧化所耗氧量水質(zhì)指標(biāo)法采用BOD5/COD作為有機(jī)物評(píng)價(jià)指標(biāo)。方法改進(jìn)：日本通產(chǎn)省測(cè)試法，以ThOD代替COD,采用BOD自動(dòng)

8、測(cè)定儀測(cè)定有機(jī)物28天的生化需氧量，并以BOD28/ThOD來(lái)評(píng)價(jià)有機(jī)物的生物降解性能；比較簡(jiǎn)單，但精度不高，可粗略反映有機(jī)物的降解性能；瓦呼儀法根據(jù)有機(jī)物的生化呼吸線與內(nèi)源呼吸線的比較來(lái)判斷有機(jī)物的生物降解性能。測(cè)試時(shí)，接種物可采用活性污泥，接種量為13gSS/l;較好地反應(yīng)微生物氧化分解特性，但試驗(yàn)水量少，對(duì)結(jié)果有影響；根據(jù)有機(jī)物的去除效果靜置燒瓶篩選試驗(yàn)以10ml沉淀后的生活污水上清液作為接種物，90ml含有5mg酵母膏和5mg受試物的BOD標(biāo)準(zhǔn)稀釋水作為反應(yīng)液，兩者混合，室溫下培養(yǎng)，1周后測(cè)受試物濃度，并以該培養(yǎng)液作為下周培養(yǎng)的接種物，如此連續(xù)4周，同時(shí)進(jìn)行已知降解化合物的對(duì)照試驗(yàn)；操

9、作簡(jiǎn)單，但在靜態(tài)條件下混合及充氧不好；振蕩培養(yǎng)試驗(yàn)法在燒瓶中加入接種物、營(yíng)養(yǎng)液及受試物等，在一定溫度下振蕩培養(yǎng)，在不同的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)測(cè)定反應(yīng)液中受試物含量，以評(píng)價(jià)受試物的生物降解性；生物作用條件好，但吸附對(duì)測(cè)定有影響；半連續(xù)活性污泥法測(cè)試時(shí)，采用試驗(yàn)組及對(duì)照組二套反應(yīng)器間歇運(yùn)行，測(cè)定反應(yīng)器內(nèi)COD、TOD或DOC的變化，通過(guò)二套反應(yīng)器結(jié)果的比較來(lái)評(píng)價(jià)；試驗(yàn)結(jié)果可靠，但仍不能模擬處理廠實(shí)際運(yùn)行條件；活性污泥模型試驗(yàn)?zāi)M連續(xù)流活性污泥法生物處理工藝，采用試驗(yàn)組與對(duì)照組，通過(guò)兩套系統(tǒng)對(duì)比和分析來(lái)評(píng)價(jià)；結(jié)果最為可靠，但方法較復(fù)雜；根據(jù)CO2量斯特姆測(cè)試法采用活性污泥上清液作為接種液，反應(yīng)時(shí)間28天，溫度

10、25C,有機(jī)物降解以CO2產(chǎn)量占理論CO2產(chǎn)量的百分率來(lái)判斷；系統(tǒng)復(fù)雜，可反映有機(jī)物的無(wú)機(jī)化程度；根據(jù)微生物生理生化指標(biāo)主要有：ATP測(cè)試法、脫氫酶測(cè)試法、細(xì)菌標(biāo)準(zhǔn)平板計(jì)數(shù)測(cè)試法等試驗(yàn)結(jié)果可靠，但測(cè)試程序較為復(fù)雜。生物降解的基本反應(yīng)：氧化、水解、脫氫、脫氨基；有機(jī)物生物降解的一般規(guī)律；1）對(duì)于煌類化合物，一般是鏈煌比環(huán)煌易于生物分解，直鏈煌比支鏈煌易于分解，不飽和燒比飽和廷易于分解；2）有機(jī)物分子主鏈上的碳原子被其它原子（如氧、硫、氮）取代時(shí)，該分子的可生化性就降低，其中尤以氧取代的分子為甚。生物分解從難到易的順序?yàn)檠趿虻肌?）主鏈的碳原子連有一個(gè)支鏈時(shí)，其生化性就有所降低；連有兩個(gè)支鏈時(shí)，

11、可生化性降低較多；當(dāng)連有兩個(gè)烷基或芳基時(shí)，可生化性也降低較多；4）苯環(huán)上連有羥基或氨基（生成苯酚或苯胺）時(shí)，可生化性有所提高；而當(dāng)為鹵代物（特別是間位取代）時(shí)，可生化性就降低了。5）醇類的可生化性次序?yàn)椋阂辉级既肌?）聚合或復(fù)合的高分子化合物往往難于生物轉(zhuǎn)化（如木質(zhì)素、塑料等）。影響有機(jī)物生物降解性能的因素：1） 與化學(xué)物質(zhì)的種類性質(zhì)有關(guān)的因素（化學(xué)組成、理化性質(zhì)、濃度、與它種基質(zhì)的共存）2） 與微生物的種類、性質(zhì)有關(guān)的因素（微生物的來(lái)源、數(shù)量、種屬間的關(guān)系）；3） 與有機(jī)物、微生物所處的環(huán)境有關(guān)的因素（pH值、DO、溫度、營(yíng)養(yǎng)物等）。2.2。1活性污泥法（ActivatedSlud

12、geProcess）一.活性污泥法的基本原理曝氣池：反應(yīng)主體二沉池：1）進(jìn)行泥水分離，保證出水水質(zhì)；2）保證回流污泥，維持曝氣池內(nèi)一定的污泥濃度?；亓飨到y(tǒng)：1）保證曝氣池內(nèi)維持足夠的污泥濃度；2）通過(guò)改變回流比，改變曝氣池的運(yùn)行工況。剩余污泥：1）是去除有機(jī)物的途徑之一；2）維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。供氧系統(tǒng)：提供足夠的溶解氧活性污泥系統(tǒng)有效運(yùn)行的基本條件是：1） 廢水中含有足夠的可容性易降解有機(jī)物；2） 混合液含有足夠的溶解氧；3） 活性污泥在池內(nèi)呈懸浮狀態(tài)；4） 活性污泥連續(xù)回流、及時(shí)排除剩余污泥，使混合液保持一定濃度的活性污泥；5） 沒(méi)有對(duì)微生物有毒有害的物質(zhì)流入。二.活性污泥的性質(zhì)及性能指標(biāo)

13、1 .物理性能：一一“菌膠團(tuán)”一一“生物絮凝體”顏色：褐色、（土）黃色、鐵紅色氣味：泥土味（城市污水）比重：略大于1（1.0021.006）粒徑：0.020.2mm比表面積：20100cm2/ml2 .生化性能：a.活性污泥的含水率：99.299.8%b.固體物質(zhì)的組成：1） 活細(xì)胞（Ma）：2） 微生物內(nèi)源代謝的殘留物（Me）：3） 吸附的原廢水中難于生物降解的有機(jī)物（Mi）:4） 無(wú)機(jī)物質(zhì)（Mii）：3.活性污泥中的微生物：A.細(xì)菌：是活性污泥凈化功能最活躍的成分主要菌種有：動(dòng)膠桿菌屬、假單胞菌屬、微球菌屬、黃桿菌屬、芽胞桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、無(wú)色桿菌屬等特征：1）多屬好氧和兼性異養(yǎng)型的原核

14、細(xì)菌；2 ）在有氧條件下，具有較強(qiáng)的分解有機(jī)物的功能；3 ）具有較高的增殖速率，其世代時(shí)間為2030分鐘；4 ）其中的動(dòng)膠桿菌具有將大量細(xì)菌結(jié)成為“菌膠團(tuán)”的功能。B.其它微生物原生動(dòng)物-在活性污泥中大約為103個(gè)/ml4.活性污泥的性能指標(biāo)£（1）混合液懸浮固體濃度（MLSS）（MixedLiquorSuspendedSolids）MLSS=Ma+Me+Mi+Mii單位：mg/lg/m3（2）混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度（MLVSS）（MixedVolatileLiquorSuspendedSolids）MLVSS=Ma+Me+Mi在條件一定時(shí)，MLVSS/MLSS是較穩(wěn)定的，對(duì)城市污

15、水，一般是0.75-0.85（3）污泥沉降比（SV）（SludgeVolume）物一是指將曝氣池中的混合液在量筒中靜置30分鐘，其沉淀污泥與原混合液的體積比，一般以表不；物一能相對(duì)地反映污泥數(shù)量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期的污泥膨脹；正常數(shù)值2030%(4)污泥體積指數(shù)(SVI)(SludgeVolumeIndex)-曝氣池出口處混合液經(jīng)30分鐘靜沉后，1g干污泥所形成的污泥體積，單位是ml/g。SVISV(ml/l)MLSS(g/l)或SVI=能更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)污泥的凝聚性能和沉降性能，其值過(guò)低，說(shuō)明泥粒小，密實(shí)，無(wú)機(jī)成分多；其值過(guò)高，說(shuō)明其沉降性能不好，將要或已經(jīng)發(fā)

16、生膨脹現(xiàn)象；城市污水的SVI一般為50150ml/g；注意：1)對(duì)于工業(yè)廢水，SVI不在上述范圍內(nèi)，有時(shí)也屬正常;2)對(duì)于高濃度活性污泥系統(tǒng)，即使污泥沉降性能較差，也不會(huì)很高。5.關(guān)于活性污泥法運(yùn)行控制中常用的一些參數(shù):SV(%)10(ml/l)MLSS(g/l)由于MLSS較高，其SVI流里CODBOD微生物濃度AQCiBiXiB、CQ+QrCeBeXDQ-QwCeBeXeEQwCeBeXrFQrCeBeXr1)曝氣池的有機(jī)容積負(fù)荷：lvcodQ。片(kgCOD/m3d).;(kgBODsm3d)2)曝氣池的有機(jī)污泥負(fù)荷：QCiLscODMLSSVkgCODkgMLSSd.;QBiLSBOD

17、5MLSSVkgBOD5kgMLSSd3)曝氣池的水力停留時(shí)間(HydraulicRetentionTime)HRTVQ4)曝氣池的污泥停留時(shí)間(SludgeRetentionTime)SRT=V?X/Qw?Xr(h或d)5)回流比與污泥濃度的關(guān)系回流比：R=QQ根據(jù)物料平衡的原理有：在穩(wěn)定工作狀態(tài)下，單位時(shí)間進(jìn)入二沉池的污泥量將等于離開(kāi)二沉池的污泥量LvBOD5QBiV即(Q+Qr)X=QrXr+QwXr+(Q-Qw)Xe(Q+Q)X=(Qr+Q)Xr+(Q-Q由于Qr>>Qw且Xe=0所以：R=X/(Xr-X)式中r是考慮污泥在二沉池中停留時(shí)間、w)Xe則簡(jiǎn)化為：X(1+R)=

18、XrR(X=r.106/SVI)池深、污泥厚度等因素的有關(guān)系數(shù),般取值三.活性污泥的增長(zhǎng)規(guī)律1、活性污泥中微生物的增殖是活性污泥在曝氣池內(nèi)發(fā)生反應(yīng)、有機(jī)物被降解的必然結(jié)果，而微生物增殖的結(jié)果則是活性污泥的增長(zhǎng)。內(nèi)霰吁臟通生物燃痕曲魏置利用遁率曲域2、一般可用活性污泥的增長(zhǎng)曲線來(lái)描述：jjFf刀QU'IIMlkUAR,注意：1)間歇靜態(tài)培養(yǎng)；2)底物是一次概*3)圖闡時(shí)還W7和班底物降解和氧的霍耗曲線。F/M值：。/闡在溫度適宜、DO充足、且不存在抑制物質(zhì)的條件下，活性污泥微生物的增肩遺率主要取決于微生物與有機(jī)基質(zhì)的相對(duì)數(shù)量，即有機(jī)基質(zhì)(Food)與微生物(Microorganism)的

19、比值，即F/M值。F/M值也是影響有機(jī)物去除速率、氧利用速率的重要因素。實(shí)際上，F(xiàn)/M值就是以BOD5表示的進(jìn)水污泥負(fù)荷(LsBOD5),即：FMLsBOD5QBiVX(kgBOD5kgVSSd)3、一般來(lái)說(shuō)，可將增長(zhǎng)曲線分為以下四個(gè)時(shí)期：(1)適應(yīng)期；(2)對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期；(3)減速增長(zhǎng)期；(4)內(nèi)源呼吸期。適應(yīng)期：(1)是活性污泥微生物對(duì)于新的環(huán)境條件、污水中有機(jī)物污染物的種類等的一個(gè)短暫的適應(yīng)過(guò)程；(2)經(jīng)過(guò)適應(yīng)期后，微生物從數(shù)量上可能沒(méi)有增殖，但發(fā)生了一些質(zhì)的變化：a.菌體體積有所增大；b.酶系統(tǒng)也已做了相應(yīng)調(diào)整；c.產(chǎn)生了一些適應(yīng)新環(huán)境的變異；等等。(3)BOD5、COD等各項(xiàng)污染指標(biāo)可

20、能并無(wú)較大變化。對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期:F/M值高(2.2kgBOD5/kgVSSd),所以有機(jī)底物非常豐富，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不是微生物增殖的控制因素；(2)微生物的增長(zhǎng)速率與基質(zhì)濃度無(wú)關(guān)，呈零級(jí)反應(yīng)，它僅由微生物本身所特有的最小世代時(shí)間所控制，即只受微生物自身的生理機(jī)能的限制；(3)微生物以最高速率對(duì)有機(jī)物進(jìn)行攝取，也以最高速率增殖，而合成新細(xì)胞；(4)此時(shí)的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物活動(dòng)能力很強(qiáng)，導(dǎo)致污泥質(zhì)地松散，不能形成較好的絮凝體，污泥的沉淀性能不佳；(5)活性污泥的代謝速率極高，需氧量大；(6) 一般不采用此階段作為運(yùn)行工況，但也有采用的，如高負(fù)荷活性污泥法。減速增長(zhǎng)期：(1) F/M值下

21、降到一定水平后，有機(jī)底物的濃度成為微生物增殖的控制因素；(2)微生物的增殖速率與殘存的有機(jī)底物呈正比，為一級(jí)反應(yīng)；(3)有機(jī)底物的降解速率也開(kāi)始下降；(4)微生物的增殖速率在逐漸下降，直至在本期的最后階段下降為零，但微生物的量還在增長(zhǎng)；(5)活性污泥的能量水平已下降，絮凝體開(kāi)始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均較好；(6)由于殘存的有機(jī)物濃度較低，出水水質(zhì)有較大改善，并且整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定；(7) 一般來(lái)說(shuō)，大多數(shù)活性污泥處理廠是將曝氣池的運(yùn)行工況控制在這一范圍內(nèi)的。內(nèi)源呼吸期：(1)內(nèi)源呼吸的速率在本期之初首次超過(guò)了合成速率，因此從整體上來(lái)說(shuō)，活性污泥的量在減少，最終所有的活細(xì)胞將消亡，而僅殘留下內(nèi)源呼吸的殘留物，而這些物質(zhì)多是難于